ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ В ЭНЕРГЕТИКЕ

Техника — это индивидуально приобретенный и общественно закреплен- ный способ изготовления чего-либо; наука — это способ понимания того, как это изготовить, с тем. чтобы изготовить лучше

Дж. Бернал (из книги «Наука в истории общества»)

Свойства интеллекта: умение воображать, умение считать, умение измерять, умение рисовать.

Основы: теория подобия и моделирования, инженерная графика, электротехника, теплотехника, гидротехника, теория автоматического управления.

Дорожная карта: модели жизненного никла —модели строительства (структура)модели эксплуатации (процессы)базовые моделиутверждаемые моделидетализированные модели.

Формула успехамодель (ПД, РД): технология + оборудование + системы контроля и управления + средства установки + здания и сооружения + способы эксплуатации => {max (безопасность), max (эффективность), min (стоимость строительства), min (стоимость эксплуатации)}.

Классификация моделей энергообъектов и схема их развития в течение жизненного цикла

Моделирование и строительство электросетевых объектов и электрических станций имеют много общего: это и единство моделирования процессов в ТС (в частности, стационарных процессов с помощью потенциально поточного метода), и, как мы увидим ниже (см. гл. 13), единство расчетов надежности (включая принцип «прочность — напряжение»), и единые подходы к расчету конструктивных элементов (по методу предельных состояний[1]), и единство бизнес-процессов строительства. Также един подход к выбору вариантов модели — метод перебора на основании опыта и интуиции в условиях многокритериальной оптимизации. Существенные различия между электросетевым и генерирующим объектами проявляются в технологических схемах, оборудовании, использующем непохожие в физическом смысле ресурсы и различные виды энергии. По-разному проявляется и воздействие на окружающую среду, которое в источниках генерации неизмеримо выше, за исключением тех, в основе которых лежат некоторые тины ВИЭ.

В соответствии с определением видов инжиниринга объектом моделирования в строительном инжиниринге служат конструкция, устройство объекта, а модели его поведения при функционировании в соответствии с целевым назначением (модели применения по назначению или модели режимов, сценарий эксплуатации) являются вспомогательными и используются исключительно для оптимизации конструкции с учетом безопасности и эффективности. Поэтому модели устройства должны быть подробными, однозначными в отношении их воплощения в конструкции и оборудовании, а модели поведения могут быть достаточно упрощенными.

Наоборот, в эксплуатационном инжиниринге именно эксплуатационные («поведенческие») модели являются наиболее ответственными с точки зрения обеспечения безопасности и эффективности. Они используются для достижения цели технической системы при планировании выпуска продукции и анализе результатов производственной деятельности. С помощью этих моделей в случае необходимости разрабатываются технические условия на изменение устройства объекта, т.е. на то, что мы называем техническим перевооружением, реконструкцией, модернизацией. Эксплуатационное моделирование обеспечивает управление жизненным циклом объекта, отдельной единицы оборудования и технологических комплексов от момента приемки в эксплуатацию (начала применения по назначению) до завершающих этапов — демонтажа и (или) утилизации.

Как видно из изложенного, эти две категории моделей — модели устройства и модели эксплуатации — тесно взаимосвязаны в рамках жизненного цикла технической системы. Модели эксплуатации выдают исходные данные для моделей устройства, предназначенных обеспечивать новое строительство, реконструкцию, техническое перевооружение. В свою очередь модели эксплуатации могут быть созданы только на базе моделей устройства.

Среди множества возможных эксплуатационных моделей электросетевых объектов и электростанций целесообразно выделить и сформировать ту, которая позволила бы отразить укрупненные технико-экономические показатели в зависимости от времени для двух целей: 1) предоставления исходных данных для обоснования устройства (или переустройства) объекта; 2) управленческого учета на уже функционирующем объекте. Нас, конечно, интересует первая цель, и соответствующую модель назовем сценарием эксплуатации. Она по своей сути носит поточный характер, причем должна показывать в укрупненном виде следующие потоки:

  • • ресурсов и денежных средств, затрачиваемых на приобретение этих ресурсов, необходимых для выработки электрической и тепловой энергии (топливо, вода), для оказания услуг сетевой организацией;
  • • денежных средств, полученных от продаж продукции (электроэнергии, мощности, тепла) или от предоставленных услуг;
  • • затрат на ремонты и техническое (сервисное) обслуживание оборудования, зданий и сооружений;
  • • экологических платежей — за выбросы газов, сбросы в водоемы и (или) системы водоотведения.

Сценарий эксплуатации, вернее его временной отрезок, в течение года или нескольких лет с максимальными отпусками электроэнергии и тепла является базовым набором исходных данных для получения ИРД и заказа основного оборудования (разработки различных ТУ и ТЗ).

При проектировании энергетических объектов необходимо учитывать и творчески использовать законы устройства ТС, сформулированные в § 1.3, в частности:

  • • закон оптимальной степени совершенства систем;
  • • закон обратно пропорциональной зависимости удельных показателей стоимости жизненного цикла от удельных показателей объемов выпускаемой продукции (оказываемых услуг) при одинаковых характеристиках ТС;
  • • закон невозможности создания одинаковых ТС;
  • • закон постоянного изменения вновь создаваемых элементов ТС одного функционального назначения;
  • • закон инерционности развития территориально-рассредоточенной технологической системы.

Система моделей устройства энергообъекта (на примере ТЭС как самого сложного в технологическом плане объекта из рассматриваемых в нашей книге) и схема её взаимодействия с системой эксплуатационных моделей на этапе формирования предпроектной документации (концепции, ОИ) показаны на рис. 10.1.

По степени детализации в соответствии с решаемыми задачами все модели целесообразно разделить на три уровня, что, в общем-то, хорошо укладывается в сложившуюся российскую систему выпуска документации для обеспечения реализации строительных проектов (см. гл. 6). Обозначим эти уровни цифрами 1, 11 и III.

Описываемая система базовая модель —утверждаемая модельдетализированная модель похожа на сложившуюся в зарубежных развитых странах триаду Preliminary engineering — Basic engineering — Detailed engineering» (см. табл. 1.1). Вместе с тем она соответствует отечественной практике разработки документации по стадиям проектирования, из которых наиболее ответственной является разработка ПД для получения заключения экспертизы.

Однако не следует стремиться переносить «один в один» на российскую «почву» зарубежные организационно-технологические системы, так как соответствующие им бизнес-процессы абсолютно непригодны для реализации в условиях нашего нормативно-правового поля и менталитета участников строительной деятельности.

Система моделей строительного и эксплуатационного инжиниринга

Рис. 10.1. Система моделей строительного и эксплуатационного инжиниринга:

—обмен информацией при создании базовых моделей устройства

В базовых моделях инженерных расчетов практически нет. На стадии разработки утверждаемой модели они носят упрощенный характер, соответствующий созданию и обоснованию принципиальным схем. Например, для ТЭС в тепломеханической части утверждаемой модели и в части водоподготовки они становятся определяющими при выборе и оформлении принципиальной тепловой схемы станции. Менее объемны электротехнические расчеты для выбора конфигурации и оборудования главной схемы электрических соединений и схемы собственных нужд станции. То же самое можно отметить и в отношении электротехнических расчетов при строительстве подстанций, а также объема механических и электротехнических расчетов при проектировании В Л и КЛ. Строительная часть утверждаемой модели полностью зависит от результатов расчетов строительной механики, механики грунтов и является наиболее ответственным сегментом строительного проектирования.

В детализированной модели проводятся уточняющие расчеты архитектурно-строительных решений по основным зданиям и сооружениям, по вспомогательным зданиям и сооружениям, как типовым, так и индивидуального исполнения. В теплотехнической части детализированной модели разрабатываются полная (развернутая) тепловая схема и схема трубопроводов, что требует соответствующего расчетного сопровождения в основном с помощью программных комплексов, реализующих нормативные или общепризнанные методики.

Для всех энергообъектов, будь то электростанция, подстанция, ЛЭП, существует единый сценарий моделирования их устройств, который выглядит следующим образом.

  • 1. Выбирается технологическая схема в соответствии с целью строительства и технико-экономическими показателями. Роль технологии наиболее очевидна в случае строительства генерирующего объекта и связана с источником первичной энергии (газ, уголь, ВИЭ), а также способом преобразования этой энергии в электрическую. Например, при использовании природного газа возможен выбор между ПГУ, ГТУ, а в будущем и топливными элементами. В случае строительства подстанций и ЛЭП выбор технологии, постоянного или переменного тока, уровня напряжения, числа ступеней трансформации, числа отходящих ЛЭП ведется на стадии научно-исследовательских проработок.
  • 2. Выбирается основное силовое оборудование на основании расчета параметров процессов в принятой ранее технологической схеме, от которых зависят пропускная способность, характеристики безопасности и надежности. Технологическая расчетная схема в данном случае может быть весьма упрощенной, но должна позволять получить необходимую расчетную информацию с некоторым запасом (она представляет собой базовую техническую модель, описанную в § 10.2). Параметры задаются в эксплуатационной документации, разработанной изготовителем, и соответствуют государственным (межгосударственным) стандартам, стандартам добровольных объединений или компании. Для оборудования ТЭС такими параметрами являются расходы воды, пара, газов, воздуха, давление и температура, для оборудования подстанций и ЛЭП — ток, напряжение, внешние механические нагрузки, показатели для окружающей среды (при открытой установке). Параметры процессов должны рассчитываться для планируемых стационарных и переходных (в том числе аварийных) режимов.
  • 3. Выбирается вспомогательное оборудование. Эта процедура требует более развернутой модели, которая соответствует утверждаемой технической модели (УТМ) (см. § 10.3). В остальном порядок действий такой же, как и при выборе основного оборудования.
  • 4. Выбирается аппаратура защиты, автоматики, управления. Здесь требуется в общем случае ДТМ (см. § 10.4). В некоторых случаях комплекты защит, автоматики и средств управления, а иногда АСУ ТП поставляются с основным оборудованием (ГТУ, трансформаторами, генераторами, ветро- усгановками).
  • 5. Разрабатываются строительные решения по установке основного, вспомогательного оборудования и аппаратуры. Они включают в себя проектирование фундаментов, поддерживающих конструкций, а также архитектурно-строительные решения по основным зданиям и сооружениям производственного назначения.
  • 6. Разрабатываются строительные решения по объектам непроизводственного назначения.

С устройством ТЭС рекомендуется ознакомиться в [18, 19, 127]. Достаточно полное описание теплофикационных установок и тепловых сетей можно найти в [129], конструкции современных ГТУ и ПТУ приведены в [130]. Сведения о генерирующих объектах на основе ВИЭ с системных позиций описаны в [128].

По конструкции подстанций, ВЛ и КЛ, помимо упомянутых ранее стандартов ОАО «ФСК ЕЭС», имеется многочисленная учебная и справочная литература. Для изучения устройства электрической части подстанций можно порекомендовать, пожалуй, один из лучших в нашей стране учебников [52], очень полезные для проектировщиков книги [50, 51, 132], а также справочники [120, 121, 123]. При проектировании ВЛ наибольшей популярностью пользуются работы [120, 124, 125], особенности дальних электропередач приведены в [126]. С электросетевыми объектами городов и населенных пунктов можно ознакомиться в [131].

  • [1] Основным методом расчета конструкций промышленных и гражданских зданий и сооруженийв настоящее время является метод предельных состояний. Этот метод, относящийся к категории такназываемых полувероятностных методов, начали применять в нашей стране с 1955 г. Предельнымсчитается состояние , при котором конструкция перестает удовлетворять эксплуатационным требованиям или требованиям, предъявляемым в процессе возведения здания и сооружения. Различаютдве группы предельных состояний: первая — непригодность к эксплуатации вследствие потеринесущей способности; вторая — непригодность к нормальной эксплуатации в соответствии с предусмотренными технологическими или бытовыми условиями. В правильно запроектированномсооружении не должно возникнуть ни одно из указанных предельных состояний (Москалёв Н.С.,Прошипи Я.А. Металлические конструкции. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов,2007).
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >